마레이징 스틸 C250 파우더
마레이징 스틸 C250 파우더는 가단성을 잃지 않으면서도 강도와 인성이 매우 높은 18% 니켈, 코발트 강화 강철(C250) 합금으로 유명합니다. 마레이징강은 금속 간 화합물에 의한 석출 강화를 통해 표준 오스테나이트 또는 마르텐사이트 등급보다 2~5배 높은 강도를 제공합니다.
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마레이징 스틸 C250 파우더는 가단성을 잃지 않으면서도 강도와 인성이 매우 높은 18% 니켈, 코발트 강화 강철(C250) 합금으로 유명합니다. 마레이징강은 금속 간 화합물에 의한 석출 강화를 통해 표준 오스테나이트 또는 마르텐사이트 등급보다 2~5배 높은 강도를 제공합니다.
마레이징강 C250은 디지털 CAD 모델에서 직접 복잡한 형상을 프린팅할 수 있는 레이저 파우더 베드 융착(LPBF)과 같은 적층 제조 기술을 위해 분말 형태로 공급됩니다. 이를 통해 항공우주, 자동차, 의료 및 툴링 애플리케이션을 위한 경량 고성능 부품을 신속하게 프로토타이핑하고 생산할 수 있습니다.
개요 마레이징 스틸 C250 파우더
마레이징 스틸 C250 파우더의 특성은 다음과 같습니다:
표 1: 마레이징 스틸 C250 파우더 개요
| 속성 | 세부 정보 |
|---|---|
| 기본 재료 | 철 니켈 코발트 합금 |
| 밀도 | 8.1g/cc |
| 입자 크기 범위 | 15-45 미크론 |
| 생산 방법 | 가스 분무 |
| 주요 기능 | 초고강도, 우수한 파단 인성, 용접성, 노화 열처리 시 경화됨 |
| 일반적인 상품명 | 18Ni300, NS333, X3NiCoMoTi 18-9-5 |
강철 C250 분말 마레이징의 몇 가지 주요 이점은 다음과 같습니다:
- 노화 후 최대 2500MPa의 초고장력 인장 강도
- 일반적인 스테인리스강보다 높은 연신율
- 고강도 합금 대비 우수한 파단 인성
- 가공을 위해 용해된 상태의 침전 경화 스테인리스 재종보다 부드럽습니다.
- 열처리 시 마르텐사이트강에 비해 왜곡이 적음
- 노화 중 뛰어난 치수 안정성
- 노화 또는 용액 처리된 상태에서도 쉽게 용접 가능
마레이징 스틸 C250에도 몇 가지 제한 사항이 있습니다:
- 완전한 힘을 개발하려면 노화 치료가 필요합니다.
- 합금 함량이 상대적으로 높으면 비용이 증가합니다.
- 고온에서 취성화되기 쉬움
- 마르텐사이트계 스테인리스 등급보다 낮은 경도
표 2: 마레이징 스틸 C250 분말의 구성
| 합금 원소 | 무게 % | 역할 |
|---|---|---|
| 니켈 | 17 – 19% | 위상 경화제 |
| 코발트 | 8 – 9% | 강수량 강화제 |
| 몰리브덴 | 4.6 – 5.2% | 강수량 강화제 |
| 티타늄 | 0.6 – 0.8% | 강수량 강화제 |
| 알루미늄 | 0.05 – 0.15% | 탈산제 |
| 망간 | 0 – 0.1% | 탈산제 |
| 탄소 | < 0.03% | 탈산제 |
| 철 | 잔액 | 비금속 |
이 조성물은 용액 어닐링 후 준안정성 마르텐사이트 매트릭스를 생성하여 노화 처리 중에 금속 간 상이 균일하게 침전되어 상당한 2차 경화를 가능하게 합니다.
표 3: 마레이징 스틸 C250 분말의 주요 특성
| 속성 | 마레이징 스틸 C250 |
|---|---|
| 밀도 | 8.1g/cc |
| 융점 | 1450°C |
| 탄성 계수 | 180-210 GPa |
| 전기 저항 | 0.7 마이크로옴-cm |
| 열 전도성 | 16W/mK |
| CTE | 10-11 x 10-6/K |
| 푸아송 비율 | 0.3 |
응용 마레이징 스틸 C250 파우더
마레이징강 C250 분말은 초고강도, 파단 인성 및 열 안정성으로 인해 다음과 같은 응용 분야에서 산업 전반에 걸쳐 사용되고 있습니다:
항공우주 애플리케이션
- 디스크, 샤프트, 패스너와 같은 터빈 엔진 구성품
- 기체 구조 구성 요소
- 로켓 모터 케이스
- 항공우주용 패스너, 밸브, 피팅
자동차 애플리케이션
- 커넥팅 로드, 샤프트와 같은 모터스포츠 파워트레인 부품
- 고성능 서스펜션, 섀시
- 금형, 툴링
산업용 애플리케이션
- 플라스틱 사출 금형
- 파이프, 튜브용 압출 금형
- 블로우 몰드
- 단조, 스탬핑 금형
- 로봇용 엔드 이펙터, 그리퍼
표 4: 마레이징강 C250의 사양, 등급 및 표준
| 사양 | 등급 | 표준 |
|---|---|---|
| MIL-S-46850D | X3NiCoMoTi18-9-5 | UNS K94530 |
| AMS 6514D | 300 | DIN 1.2709 |
| AMS 6512 | – | – |
| ISO 683/13 | Z 300 | – |
| – | NS333 | – |
표 5: 마레이징 스틸 C250 분말 공급업체 및 가격
| 공급업체 | 제품 이름 | 입자 크기 | kg당 가격 |
|---|---|---|---|
| LPW 기술 | C250 마레이징 스틸 | 15-45 μm | $165 |
| 카펜터 파우더 제품 | 리마늄 C250 | 15-45 μm | $155 |
| 샌드빅 오스프리 | MARAGE 300 | 15-53 μm | $175 |
| 프렉스에어 | C250 파우더 | 10-45 μm | $149 |
마레이징 스틸 C250의 열처리
마레이징 강재는 어닐링 및 스케일 제거된 상태로 공급됩니다. 용액 어닐링과 에이징으로 구성된 특정 열처리 절차를 통해 마레이징강 C250은 초고강도를 달성할 수 있습니다:
솔루션 어닐링
첫 번째 단계는 일반적으로 820°C ± 15°C에서 1~3시간 동안 균질화 용액 어닐링을 수행한 후 즉시 실온으로 냉각하는 것입니다. 이렇게 하면 소재가 부드러워지지만 페라이트나 시멘타이트와 같은 다른 평형상이 형성되는 것을 방지하기 위해 느린 냉각을 통해 미세 구조가 준안정성 마르텐사이트 매트릭스로 변환됩니다.
노화
그런 다음 용액화된 마레이징 강재를 단면 두께에 따라 400°C~500°C의 온도에서 3~6시간 동안 숙성시킵니다. 이렇게 하면 전위 이동을 방해하는 Ni3Ti 및 Fe2Mo와 같은 금속 간 화합물의 확산 제어 침전이 촉진되어 상당한 강화가 이루어집니다.
더 높은 숙성 온도에 장시간 노출되면 특성이 손상될 수 있으며, 온도나 시간이 충분하지 않으면 완전히 경화되지 않습니다.
표 6: 마레이징 강철 C250의 일반적인 열처리 공정
| 단계 | 온도 | 시간 | 냉각 모드 |
|---|---|---|---|
| 솔루션 어닐링 | 820°C ± 15°C | 1-3시간 | 에어 쿨 |
| 컨디셔닝 | 350°C - 400°C | 1-3시간 | 에어 쿨 |
| 노화 | 450°C - 500°C | 3~6시간 | 에어 쿨 |
에이징 처리 후 얻을 수 있는 특성은 다음과 같습니다:
표 7: 에이징 처리 후 기계적 특성
| 속성 | 마레이징 스틸 C250 |
|---|---|
| 인장 강도 | 2465 - 2535 MPa |
| 수율 강도 | 2275 - 2345 MPa |
| 신장 | 8 – 10 % |
| 면적 감소 | 25 – 30 % |
| 경도 | 50 - 52 HRC |
| 샤르피 임팩트 에너지 | 75 - 100 J |
유도 경화: 내마모성 강화가 필요한 샤프트, 기어, 패스너와 같은 특정 부품의 경우, 노화 후 유도 열처리를 통해 표면 경화를 추가로 수행하여 코어 특성에 영향을 주지 않으면서 최대 2mm 깊이까지 50 HRC 이상의 경도를 달성할 수 있습니다.
마레이징 강철 C250의 미세 구조
마레이징 강철 C250의 미세 구조는 다음과 같이 구성됩니다:
마르텐사이트 매트릭스: 매트릭스는 주로 용액 어닐링 후 담금질에 의해 생성된 미세한 입자의 라스 형태를 가진 마르텐사이트입니다. 이 준안정성 구조는 노화 중 침전을 위한 충분한 탄소 및 합금 원소를 고용체에 제공합니다.
금속 간 침전물: 전체 노화 처리 후 매트릭스를 통해 균일하게 분산된 Ni3Mo 및 Ni3Ti상의 구형 나노 스케일 침전물은 최대 부피 분율에 도달합니다. 이러한 일관된 침전물은 핀 전위 운동을 일으켜 급격한 강화로 이어집니다.
탄화물 및 질화물: 티타늄, 몰리브덴, 탄화철/질화철이 풍부한 작은 입방체 입자도 나타날 수 있지만 5% 미만의 부피 비율을 차지합니다.
강화 마르텐사이트 매트릭스와 금속 간 침전물의 미세한 분산이 결합되어 마레이징 강의 뛰어난 강도와 인성을 구현합니다.
인쇄 매개변수 마레이징 스틸 C250 파우더
머신 및 설정
- 기계: 선택적 레이저 용융 시스템(예: EOS M290, Renishaw AM250, Concept Laser M2)
- 레이어 두께: 20-50 μm
- 레이저 출력: 195-400W
- 스캔 속도: 600-1200 mm/s
- 빔 직경: 70-100 μm
- 해치 간격: 80-120 μm
- 차폐 가스: 아르곤
- 산소 함량: <0.1%
프로세스 고려 사항
- 마르텐사이트강에 비해 잔류 응력이 낮고 확장성이 용이합니다.
- 스테인리스 스틸보다 반사율이 낮기 때문에 레이저 에너지가 적당히 필요합니다.
- 서포트 구조를 최소화하도록 부품 방향이 최적화됨
- 100% 이상의 고밀도 부품은 균열이나 다공성 결함 없이 99.5% 인쇄 가능
- SLM 처리 후 추가 열처리 필요 없음
- 인쇄 후 마감 가공을 위해 사소한 허용치를 유지합니다.
표 8: 적층 가공으로 구현한 특성
| 속성 | 범위 |
|---|---|
| 밀도 | >99.5% |
| 표면 거칠기 | 최대 12μm Ra |
| 인장 강도 | 2300-2500 MPa |
| 수율 강도 | 2100~2300 MPa |
| 휴식 시 신장 | 3-10% |
최적의 파라미터를 사용하면 기존 특성과 일치하는 완전 고밀도 마레이징 강 C250 부품을 분말 베드 융합 적층 제조로 제작할 수 있습니다. 이를 통해 주조나 기계 가공으로는 달성할 수 없는 복잡하고 가벼운 설계가 가능합니다.
장점과 단점 마레이징 스틸 C250 파우더
표 9: 마레이징 스틸 C250 분말의 장점과 한계
| 장점 | 제한 사항 |
|---|---|
| 최대 2500MPa의 초고강도 | 탄소강보다 비용이 높습니다. |
| 노화 후에도 인성과 연성을 유지합니다. | 전체 물성을 개발하려면 열처리가 필요합니다. |
| 열처리 중 낮은 왜곡 | 마르텐사이트계 스테인리스강보다 낮은 내마모성 |
| 더 작고 가벼운 구성 요소 사용 | 최대 300-400°C의 제한된 고온 기능 |
| 뛰어난 치수 안정성 | 시간이 지남에 따라 수소 취성에 취약함 |
| 모든 조건에서 우수한 용접성 |
자주 묻는 질문
Q: 마레이징 스틸은 어떤 용도로 사용되나요?
A: 마레이징강은 주로 항공우주, 모터스포츠, 툴링, 금형 등 성능과 내구성을 위해 초고강도, 파괴 인성 및 열 안정성이 중요한 분야에 사용됩니다.
Q: 마레이징 스틸은 부식에 강한가요?
A: 마레이징 강은 스테인리스 강보다 내식성은 떨어지지만 저합금 강과 비슷한 수준의 내식성을 제공하며, 니켈 또는 크롬 도금으로 내식성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
Q: 마계강과 마르텐사이트강의 차이점은 무엇인가요?
A: 마레이징 강은 니켈, 코발트, 몰리브덴 합금을 사용하여 금속 간 화합물을 침전시켜 강화하기 위해 C계 마르텐사이트 변형을 피합니다. 이를 통해 우수한 기계적 특성을 제공합니다.
Q: 마레이징 강철은 담금질을 해야 하나요?
A: 아니요. 마레이징 강재는 용해 후 공기 중에서 냉각되어 연질 마르텐사이트를 형성한 후 침전 경화를 유도하기 위해 숙성됩니다. 담금질 균열이 발생하지 않습니다.
Q: 마레이징 스틸은 자성이 있나요?
A: 예, 모든 조건에서 마레이징 강철은 철 기반 오스테나이트 매트릭스로 인해 강자성 거동을 나타냅니다. 니켈 함량은 상자성이 될 만큼 충분히 높지 않습니다.
Q: 300등급, 350등급 및 C250 마레이징 강재의 차이점은 무엇인가요?
A: 등급은 노화 후 항복 강도 수준을 나타냅니다. C250은 최소 항복 강도 1880MPa 또는 250ksi를 의미하며, 300등급 및 350등급 소성강은 각각 최소 항복 강도가 2050MPa 및 2415MPa로 지정되어 있습니다.
